第三章太阳能热利用详解.ppt

第三章 太阳能热利用 太阳能的特点 优点： 清洁、可再生、分布广、获取容易 缺点：能流密度低、能量不稳定、不连续 太阳能热利用 将太阳辐射直接转换成热能供人类利用。基本原理是利用集热装置将太阳辐射收集起来，再通过与介质的相互作用转换成热能而加以直接或间接的利用。 3.1 太阳辐射的基本概念 组成气体主要为氢（约80％）和氦（约19％） 太阳的能量来源是太阳内部的氢氦热核反应 太阳每秒钟向外发射的能量约为 3.74×1026J 日地关系和太阳常数 太阳常数 太阳常数就是指在平均日地距离，垂直于太阳辐射的大气外层平面上，单位时间、单位面积上所接收的太阳辐射能，国际上通常取 在大气层之外，在一年中的某一天单位时间、单位垂直面积上所接收到的太阳辐射能可用下式计算： D：日地距离， D0：日地距离，IC：太阳常数，n：从元旦算起的天数 太阳辐射是一种电磁辐射，其辐射波是一种电磁波，太阳辐射波既具有波动性也有粒子性。 太阳辐射可分为紫外波段、可见波段、红外波段 太阳辐射的能量主要集中在波长区间 ，属于一种短波辐射占总能量的 99％ 能量分布的最大值所对应的波长 在 左右，属蓝色光范围 地球表面的太阳辐射 太阳辐射进入地球大气层后，不仅要受到大气中的空气分子、水蒸气和尘埃的反射和散射，还要受到大气中氧、臭氧、水蒸气和二氧化碳的吸收。反射和吸收使到达地球表面的太阳辐射强度显著减弱，而且还会改变辐射的方向和辐射光谱的分布 。 到达地球表面陆地上的太阳辐射功率大约只有 到达地面的太阳辐射强度还受到大气层厚度的影响。大气层越厚，到达地面的太阳辐射量越少。 大气质量与大气透明度 大气质量AM 设A为地球表面海平面上的 一点。当太阳在天顶位置S 时，太阳垂直入射，太阳辐 射穿过大气层到达点A的路径 为OA。当太阳位于任一位置 时，其穿过大气层到达点的 路径为 。大气质量的定 义为两者之比，即 太阳高度角 太阳辐射到达海平面点的入射线和海平面点切线方向的 夹角h则有： 地面上任一点太阳辐射强度 单位时间单位面积上所入射的太阳辐射功率 式中， ：大气质量为AM＝1时的海平面上的太阳辐射强度 太阳辐射强度除了与大气质量有关外，大气中含有的各种气体和固体尘埃都会影响太阳光的透过量。若定义P为大气透明度 ,则有下列关系： 其中，P1：大气质量为1时的大气透明度，Pm：大气质量为m时的大气透明度。P值越大，大气越透明。P值永远小于1，一般在之间 在0.3～0.85之间。 太阳辐射入射角的计算 太阳高度角h ：当地的纬度角 ：时角 n ：一天24小时的时 间数 赤纬角 太阳－地球连线与地球赤道所夹的圆心角 太阳入射角 太阳光线与被照射的平面法线之间的夹角。计算某水平 面上逐时的太阳入射角可用 若集热面朝向正南，与水平面的倾角为 ，则该斜面上 太阳辐射的入射角（太阳射线与斜面法线的夹角）由下式计 算： 3.2 太阳能集热器 平板型集热器的基本结构 集热板 选择性吸收涂层 透明盖板 隔热层与外壳 集热板 作用 通过吸收太阳辐射收集太阳 能，并把收集到的太阳能转 变为热能 技术要求 最大限度地吸收太阳辐射； 传热性能好 ； 有好的机械和耐腐蚀性能； 加工简单，造价低； 选择性吸收涂层 目的：为了提高集热板吸收太阳辐射的能力，在集热板上都覆盖着一层黑色涂层 类型： 1）非选择性吸收涂层涂层（对太阳辐射的吸收特性和辐 射波长无关） 2）选择性吸收涂层（涂层的吸收特性随辐射波长而改变。通常为多层膜结构，包括红外反射底层、吸收层和上部的减反射层等 。涂层可以用喷涂，化学、电化学、真空镀膜、磁控溅射等方法来制备 。 透明盖板 主要功能 透过太阳辐射、保护集热板不受外界灰尘和 雨雪侵蚀、形成温室效应 。 材料要求 太阳辐射的透射率高、红外辐射的透射率低、导热 性差和耐蚀耐冲击性能好 。 目前常用盖板材料 平板玻璃、玻璃刚、阳光板等。 透明蜂窝 透明蜂窝既能透过太阳辐射又具有优良的隔热性能 蜂窝在太阳辐射入射角为θ时